矿石收音机制作详解(修正版)

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1、矿石收音机制作详解矿石收音机制作详解 无线电通讯发明至今已经有一世纪的历史了，它在人类文明进步中，扮演着相当重要的角 色。藉由通讯技术的发达，一切知识的传播不再有障碍，使得科技进步一日千里。在今天， 无论是出门人手一支的行动电话或是越来越流行的无线网络及蓝芽接口(Blue Tooth)都是 无线通讯的应用范围。其中，最早融入人们生活中的无线电技术，应该就属于收音机广播 了。 收音机，这个古早以前被视为“有钱人的象征“的“高科技产品“，到现在已经是超级平民化 的东西了(甚至有公司行号大量制作印有自己品牌的迷你收音机作为具有广告效果的礼 品)。本装机报告所讲解的就是一台最简单的收音机。当然，这个机

2、器并非 DZ 的套件，其 破烂的音质更与 Hi- End 音响没有任何关联，纯粹是好玩而已，如果您追求的是完美的音响 系统，那么不妨可以略过这篇吧。 超级简单的电路架构 小弟我喜欢听收音机广播，晚上睡不着觉，就喜欢拿出放在床边的迷你收音机来听，有时 听听警广 DJ 那流畅到惊人的路况报导，有时候听听中广新闻网午夜的广播剧，或是转到非 常具有乡土味的“健康食品介绍节目“， 听听 DJ 用非常有趣的介绍着产品或是和听众聊 天收音机就这么陪伴着我度过无数个漫长的夜晚。自从开始接触音响 DIY 以后，任何 与音响有关的机器都想要自己动手来装一下，当然，收音机也不例外，于是我跑了几趟图 书馆，逛了一些网

3、站，决定来装一台简单的收音机玩玩！ 图说：没错，就是这么简单！ 您一定开始怀疑了收音机的电路有这样简单吗？ 所以说才是最简单的收音机啊！这机器最特别的一点就是它根本不需要供应电源！看到这 个电路， 相信或许勾起一些火腿老前辈们的回忆吧.。 这个电路在 20 世纪初就被发明， 当时人们发现了一些天然矿石具有单向导通的特性，于是就制作为最早的二极管，利用这 样的二极管，制成了最早期的收音机，于是就命名为矿石收音机(Crystal Radio 或是缩写 为 Xtal Radio)。 在解释这个电路之前，必须要先来说明一下 AM 无线电的基本原理。所谓的 AM 就是调幅 (Amplitude Modu

4、lation)广播，也就是讯号的形式是频率固定，只有振幅的变化。这样讲 似乎还是很抽象，那么，请看下图： 图说：AM 广播的讯号示意图。 如左上图所示，声音讯号是经由麦克风等设备转换而来的电压讯号，因为是人类所能听到 的频率，故一定在 2020KHz 之间，此频率是无法做长距离传输的，必须做”混频”的动作， 也就是将此声音讯号加上左图下方的高频弦波讯号(称为”载波”)。两讯号相加，得到右 边的讯号，就是可以作为长距离传输的 AM 讯号了(称为调变讯号)。此讯号的频率是载波的 频率，但是其讯号摆幅却是声音讯号。在了解将声音变为 AM 讯号的过程后，就可以了解 要如何将这个讯号还原为我们所能听到的

5、声音了。 图说：经过检波，滤波后的讯号。 如上图所示。首先，将 AM 讯号以最简单的方法进行半波整流(在收音机中称为”检波”)， 截去讯号的负半周，只留下一半的讯号。然后，只需将高频载波以滤波器滤掉，即可得到 我们所要的声音讯号了(但是此声音讯号有一个直流偏移电压，怎么办？后面再说)。 但是，又要面对另外一个问题了。我们所处在的环境中，存在着非常非常多种不同频率不 同传输方式的讯号。例如我们可以在同一个地方以收音机听到广播电台，也可以用行动电 话传简讯，可能还能用无线网络上 DZ 去抢购套件，万一没抢到还能去留言板发表一下赌烂 的心情，那么，收音机是如何知道现在它应该把哪个电波抓出来做检波呢？

6、 以台北地区来说，中广新闻网是 AM657KHz，这个 657KHz 指的就是此频道的载波频率。如 前述，AM 广播的讯号频率就是载波的频率，所以，只要收音机有办法准确的从众多无线讯 号之中挑选出 657KHz 的讯号，交给后面的电路做载波滤波的动作，我们就有办法听到中广 新闻网了。要达到这个功能，就必须使用一个”带通滤波器” ，何谓带通滤波器呢？我们 知道，低通滤波器就是将高频率掉，让低频通过，高通滤波器就是滤掉低频，让高频通过。 那么带通滤波器就是滤掉低频以及高频，只留下一段频率范围： 图说：以横轴为频率，纵轴为衰减所画出的坐标图。 如上图(这只是一个示意图，完全不考虑精确性)，假设我们想

7、收听的频率是 657Khz，那么 这个滤波器的输出就应该滤掉比 657KHz 高以及比 657KHz 低的所有讯号，只留下所需要的 讯号。在滤波器的数据之中，我们如果想知道它准确的滤波频率，通常都是以”讯号量衰 减至- 3dB 时的频率”为准，此频率就称为- 3dB 频率(或称为半功率频率)。 (注：电压增益值 dB 的计算公式=20 log (Vo/Vi)，也就是当衰减量为- 3dB 时，电压衰减 为 0.7 倍左右，此增益计算方法无论在衰减或是放大器都是相同的，只是结果有正负号的 差别。) 那么，要如何以电路做到这个带通滤波器呢？在图一的电路图中，用的是以下的方式： 图说：此收音机所使用的

8、选频电路。 这个滤波的电路是最早被运用在收音机中的。它的效果并不好，但是却非常的简单。图中 L 是电感，C 是电容。电感的特性是可以让低频通过，留下高频。而电容的特性刚好相反， 可以让高频通过，但是会留下低频。将此两种特性的电感以及电容并联，如图所示，在输 入端接天线以及地线，则由空气中而来的无线电波会进入此电路中。大部分的低频经由电 感流入接地，大部分的高频也经过电容流入接地。 然而，此图中的零件数值都是固定的，当我们想要更换不同的接收频率时，无法调整。如 果想要随心所欲的调整接收频率，则图中的电感或电容必须要是可以调整其电容或电感量 的。最早期的矿石收音机所使用的是可变电感，因为可变电感可

9、以自己制作，成本较低， 但后来所有的收音机都改为可变电容，可省去制作的麻烦，图一中的电路就是使用可变电 容。在收听时只要调整可变电容的数值，就可以改变滤波器输出端的频率了。 电感得自己动手绕 在经过选频以后的无线电波，已经是比较单纯，特定频率的讯号了。如图三，此时即需要 做检波的动作。检波最简单的方法，就是经过二极管做半波整流，滤掉其中半个周期的讯 号，成为有脉动的直流讯号。因为此处的讯号无论电压电流都非常的小，所以必须采用非 常灵敏的二极管。在此选用 1N60 这个检波专用的二极管。这种二极管在数十年前刚出现时 价格非常的惊人，但是随着半导体技术的进步，目前的价格大概是一支 NT.2 元左右

10、，超级 的便宜。经过检波的讯号，已经可以直接接往耳机了收听了。因为耳机本身有电感量存在， 所以即使还有高频载波存在，也无法进入耳机。 非常简单的电路，在稍微看懂以后就可以开始动手了。第一个头痛的问题就是电感了.。 在以前，许多的电子材料行有贩卖专门给 AM 收音机使用的天线线圈电感，但是现在去哪 里找呢？所以只好自己来绕制这个电感。电感中心使用直径约 1.5 吋的圆管，无论是纸管， 塑料管都可以。小弟我使用的是垃圾袋中间的圆管。将圆管切到适当的长度，并且以 28 号 漆包线在上面紧密整齐的缠绕 100110 圈： 图说：线圈要紧密，并且依照同一个方向缠绕。 接着，在纸管两端装上两个 L 型金属

11、片，将漆包线末端的漆刮除，焊接固定在上面。并且 滴一点蜡烛的蜡油在线圈的两端，以避免松脱。 图说：以蜡油固定。 电感制作完成，就来考虑电容了。可变电容这个零件在现在是越来越少见了。现在一般电 子材料行有可能买的到的可变电容，大概是这样子的： 图说：现在较容易买到的可变电容。 这种可变电容所使用的介质是云母片或塑料片，体积相当的小。本电路中可变电容的电容 量最大应该要有 360pF 以上，如果不确定自己买到的可变电容容量，可以用电容表测量。 如容量不足可以将一个以上的可变电容器并联使用。如果您比较讲究一些，那么可以试着 寻找较古老的一种可变电容，其金属片之间直接用空气当作介质，故体积较大，金属片

12、也 较多： 图说：古董可变电容以及它的包装纸盒。 这种可变电容感觉上确实比较复古，且拿起来非常有份量，又比塑料外壳的可变电容耐用 (古代真空管收音机中的可变电容大多使用这种，许多到现在仍然可以使用)。不过除了不 容易买到以外，它的价格也不低。如果您很幸运的买到了，那么建议可以用这个电容来试 试看。当然，不管用哪一种电容，只要电容量适当，电路功能应该都是正常的。 图说：左边是用来比较尺寸的 6922 真空管。 上图是这次所使用的 1N60 二极管，这是一个承受电流电压都相当低的二极管，专门用来作 为讯号检波。因为这个收音机输出的电压电流都相当低，所以使用的耳机必须要特别挑选： 图说：要用适当的耳

13、机，否则这么低的电压电流是无法听到声音的。 这种耳机的阻抗相当高，是专门为这种低电压电流的情况下设计的。因为没有任何放大的 装置，必须靠无线电波的能量来发出声音。 零件准备好了，就开始装机器了。因为零件实在很少，所以要不要机箱就看个人了。我找 了一个小 Case 来把它装在里面，主要是因为我使用的可变电容是大型的那种，不找个机箱 实在不好固定。 图说：先将可变电容以及电感固定。 将可变电容器以及电感固定。要注意这种大型的可变电容外框金属就是电容的其中一极， 要注意和外壳绝缘的问题(不过在习惯上会把这一极接往接地端)。 图说：配线相当的简单。 因为配线很少，所以我决定采用 1920 年代收音机很

14、流行的配线方式。采用粗的单心铜线以 架空的方式进行配线。上图中的机器是没有装输出端的 10uF 电容，这颗电容是用来隔离直 流的，但是不装也可以，对声音不会有甚么影响。如果要装，则不管采用电解电容或是金 属膜电容都可以。 把天线搭起来吧 在配线完成后，就可以开始收听了。将耳机插上，接着装上地线以及天线。天线的部分， 如果您居住的地方距离 AM 电台的发射站非常的近，或是窗外非常的空旷，没有任何障碍物 阻挡，那么不妨试试看直接用一条粗铜线拉直当作天线，也许可以收的到讯号。否则，天 线的部分可以单独架设室外天线， 或是与电视天线共享(或是直接接往有线电视 Cable 也可 以)。地线的部分，就找一

15、支粗铜棒，去地上打个孔然后 “别闹了，只是想听个收音机而已，还要去外面做工？” 好吧，说的也是.要这么大费周章的话，不如买个现成的收音机算了。在说最近金属价格 飙涨，今天打的接地棒，搞不好明天就被人家挖出来 A 走。那么，找个替代的方案吧。 图说：将接地线固定。 如上图，将接地线以鳄鱼夹夹在家里窗户的窗台的金属部分。或是在墙上打个钉子夹上去， 或是直接固定在水龙头上面效果更好。(当然这些都不如去打一支真正的接地棒到地下)。 一切接线完成，戴上耳机，调整电容器，试试看能不能听到声音吧。如果居住的地方建筑 物较多，那么收讯效果较差，反之可能可以收到较多的电台。 收音机就这样完成了，但是它的名字既然

16、叫做矿石收音机，现在却用半导体零件来制作， 感觉总是怪怪的要就做的夸张一点，矿石收音机就真的用矿石吧！ 图说：真正的矿石。 这是方铅矿与黄铁矿的共生天然矿石。在一百年前就有人发现这两种矿石具有类似二极管 的单向导通特性，于是将它制作成最早的二极管，就是矿石检波器。现在就用它来制作矿 石检波器。 图说：以简单的方式制作的矿石检波器。 找一个可以固定矿石的夹子，将一小块方铅矿夹在中间，另外以非常细的单心裸铜线轻轻 接触在方铅矿上面(接触的力量要很小心的控制)，并且取代机器中原本二极管的位置，极 性的部分可以不必在意(事实上这个电路中二极管无论接哪个方向都可以动作)，接着慢慢 的调整裸铜线接触矿石的位置。 图说：以矿石代替二极管。 用矿石的声音如何呢？说真的，比二极管差多了。而且接触矿石的铜线如果长时间接触在 同一个位置，那么检波的能力会变差，此时就要重新调整位置，相当不方便，但是这却是 最复古的矿石收音机了。以实用的角度来看，还是装上二极管吧！当然，如果您觉得 这个收音机的音量不足或是手边没有符合需求的耳机的话，也可以将收音机的输出端接往